DE3539318A1

DE3539318A1 - Method for producing electric fixed-value resistors, and fixed-value resistor produced according to the method

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Publication number: DE3539318A1
Application number: DE19853539318
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: ALMIK HANDELSGESELLSCHAFT fur
Current assignee: ALMIK HANDELSGESELLSCHAFT fur
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1987-05-07
Also published as: DE3539318C2

Abstract

Electric fixed-value resistors are produced as follows in a multiple printed panel: a substrate (1) made of plastic and/or natural fibres has a thin layer made of resistance material (2) laminated thereon. This layer consists, for example, of a film made of plastic admixed with electrically conductive particles such as soot, graphite and/or metal. Individual parts are then punched from this intermediate product and are finished by applying terminals (6, 7) made of solderable material, for example by imprinting with silver coating, to produce individual fixed-value resistors (Figure 3). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her stellung von elektrischen Festwiderständen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine nach dem Verfahren hergestellten Festwiderstand gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.The invention relates to a method for Her position of fixed electrical resistors according to Preamble of claim 1 and to one the method manufactured fixed resistance according to Preamble of claim 11.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind sog. Chip-Widerstände, wenn auch die Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Unter "Chip-Widerständen", die teilweise auch "SMD- Widerstände" (surface mounted device) genannt werden, versteht man Widerstände, die keine Anschlussdrähte bzw. Beinchen haben und damit direkt auf einer Leiterplatte oder dem Substrat einer Hybrid-Schaltung aufgelötet werden. Herkömmliche Chip Widerstände verwenden ein Keramiksubstrat (Aluminium oxid), auf das im Siebdruck eine Paste aus Widerstands material aufgedruckt wird.A preferred field of application of the invention are So-called chip resistors, although the invention on it is not limited. Under "chip resistors" that partly also "SMD resistors" (surface mounted device), one understands resistances that have no connecting wires or legs and thus directly on a circuit board or the substrate of a Hybrid circuit to be soldered. Conventional chip Resistors use a ceramic substrate (aluminum oxide), on which a paste of resistance is screen printed material is printed.

Diese Paste kann dabei beispielsweise eine Glasfritte mit Russ sein. Durch die Menge des zugesetzten Russes wird der spezifische Widerstandswert dieser Paste eingestellt. Nach dem Drucken muss diese Paste bei einer Temperatur von ca. 800°C ausgehärtet werden. Anschliessend können die Enden der aufgedruckten Pasten auch mit Anschlüssen in Form von lötbaren Kappen versehen werden.This paste can be, for example, a glass frit be with Russ. By the amount of soot added becomes the specific resistance value of this paste set. After printing, this paste must be applied to a Temperature of approx. 800 ° C can be cured. Then the ends of the printed pastes also with connections in the form of solderable caps be provided.

Nachteilig an den so hergestellten Chip-Widerständen ist, dass ihre elektrischen Widerstandswerte nur sehr unpräzise eingestellt werden können. In der Praxis muss man daher mit Toleranzwerten von + 20% rechnen. Auch erfordert der Druckvorgang die Herstellung aufwendiger Drucksiebe sowie das zeit- und energieaufwendige Aushärten. Werden derartige Chip-Widerstände auf Leiterplatten aus beispielsweise Hartpapier oder Kunststoff aufgelötet, so entstehen durch unterschied liche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Keramiksubstrat und der Leiterplatte mechanische Spannungen, die zu Haarrissen führen können. Wird auf einer fertig bestückten Schaltung ein solcher Widerstand thermisch stark belastet, so kann auch dann noch das Problem der mechanischen Spannungen auftreten.A disadvantage of the chip resistors produced in this way is that their electrical resistance values are only very can be set imprecisely. In practice it has to one should therefore expect tolerance values of + 20%. Also the printing process requires more elaborate production Printing screens as well as the time and energy consuming Harden. Are such chip resistors on Printed circuit boards made of hard paper or Plastic soldered, created by difference Liche coefficient of thermal expansion between the Ceramic substrate and the circuit board mechanical Tensions that can cause hairline cracks. Will be on such a resistor in a fully assembled circuit highly thermally stressed, this can still be the case Problem of mechanical stresses occur.

Aus der DE-PS 31 48 680 ist eine elektrische Wider standspaste für Drehwiderstände bekannt, die eine Kunstharzmischung mit Zusätzen von Russ und/oder Graphit enthält und zusätzlich einen geringen Anteil eines Vinylchlorid-Copolymerisats. From DE-PS 31 48 680 is an electrical contra Standpaste known for rotary resistors, the one Synthetic resin mixture with the addition of carbon black and / or graphite contains and in addition a small proportion of one Vinyl chloride copolymer.

Die DE-OS 29 26 516 zeigt einen Metallfolienwiderstand, bei dem eine Metallfolie auf einem isolierenden Substrat befestigt wird und dann in einem Aetzvorgang die gewünschten mäanderförmigen Widerstandsbahnen erzeugt werden. Die Einstellung des Widerstandswertes erfolgt primär durch mechanische Bearbeitung der Dicke der Metallfolie und zusätzlich eventuell auch durch einen Laserabgleich. Dieser Aetzvorgang ist aufwendig, da er einmal die Herstellung von Aetzmasken erfordert und andererseits zu einer Materialvergeudung führt, da das weggeätzte Metall nicht mehr oder nur noch nach einem aufwendigen Wiederaufbereitungsverfahren verwendet werden kann.DE-OS 29 26 516 shows a metal foil resistor, where a metal foil on an insulating substrate is attached and then in one etching process desired meandering resistance tracks generated will. The resistance value is set primarily by machining the thickness of the Metal foil and possibly also by one Laser alignment. This etching process is complex because it once requires the production of etching masks and on the other hand leads to a waste of material because that etched metal no longer or only after one elaborate reprocessing process used can be.

Die DE-OS 22 25 774 beschreibt allgemein elektrisch leitende Elemente in Form von Folien, bei denen thermoplastische Polymere mit leitenden Füllstoffen, wie z. B. Russ, Kohlenstoffteilchen oder Graphit versetzt sind. Derartige Folien sollen dort als Elektroden in Generatoren verwendet werden.DE-OS 22 25 774 describes generally electrically conductive elements in the form of foils in which thermoplastic polymers with conductive fillers, such as e.g. B. carbon black, carbon particles or graphite are. Such films are there as electrodes in Generators are used.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass mit geringem technischen Aufwand Festwiderstände hergestellt werden, die vorbestimmte Widerstandswerte innerhalb enger Toleranzgrenzen haben. Weiterhin soll das Problem der thermischen Ausdehnung weitestgehend vermieden werden. Schliesslich soll ein nach dem Verfahren hergestellter elektrischer Festwiderstand geschaffen werden.The object of the invention is that mentioned Process to improve that with little technical effort fixed resistors are manufactured, the predetermined resistance values within narrow Have tolerance limits. The problem of thermal expansion can be largely avoided. Finally, one made according to the process fixed electrical resistance can be created.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 bzw. 11 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. This task is carried out in the characterizing part of the Claims 1 and 11 specified features solved. Advantageous refinements and developments of Invention can be found in the subclaims.

Kurz zusammengefasst liegt das Wesen der Erfindung in folgenden Merkmalen:.In brief, the essence of the invention lies in following features :.

Als Substrat wird eine Platte aus Kunststoff und/oder Naturfasern verwendet, beispielsweise also eine Platte aus Hartpapier oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Auf diese Platte wird eine dünne Schicht aus "Widerstandsmaterial" auflaminiert. Diese Schicht ist beispielsweise eine Folie aus Kunststoff, der mit elektrisch leitenden Partikeln wie Kohlenstoff (in Form von Russ, Graphit etc.) und/oder Metallen versetzt ist. Statt einer Kunststoffolie kann auch ein Gewebe-Vlies aus leitenden Fasern auflaminiert werden, wobei die Fasern aus Kohlenstoff oder Metall (auch Metallegie rungen) bestehen. Das so hergestellte Zwischenprodukt enthält im Mehrfachnutzen eine Vielzahl von Festwider ständen. Die einzelnen Widerstände werden dann von diesem Zwischenprodukt abgetrennt. Dieses Abtrennen erfolgt vorzugsweise durch Stanzen. Es kann aber auch durch Schneiden oder sonstige bekannte Trennverfahren durchgeführt werden.A plate made of plastic and / or is used as the substrate Natural fibers are used, for example a board made of hard paper or glass fiber reinforced plastic (GRP). A thin layer is applied to this plate "Resistance material" laminated on. This layer is For example, a plastic film that with electrically conductive particles such as carbon (in the form of carbon black, graphite etc.) and / or metals. Instead of a plastic film, a woven fabric can also be used are laminated from conductive fibers, the Fibers made of carbon or metal (also metal alloy stances) exist. The intermediate product so produced contains a multitude of fixed resistors in multiple use stands. The individual resistors are then from separated this intermediate. This detachment is preferably done by punching. But it can also by cutting or other known separation processes be performed.

Anschliessend werden die abgetrennten bzw. ausgestanzten Einzelteile mit Lötanschlüssen versehen, indem beispiels weise an ihren Enden ein Silberlack aufgedruckt wird. Zur Festlegung des elektrischen Widerstandswertes kann der Ort (in Längsrichtung), an dem die Lötanschlüsse an gebracht werden, variiert werden. Damit wird die elek trisch wirksame Länge der Widerstandsschicht zwischen zwei gegenüberliegenden Lötanschlüssen verändert und damit der elektrische Widerstandswert. Bereits mit der bisher beschriebenen Merkmalskombination können Fest widerstände mit einer Toleranz in der Grössenordnung von 1 bis 2% hergestellt werden. Then the separated or punched out Provide individual parts with solder connections, for example a silver lacquer is printed on their ends. Can be used to determine the electrical resistance value the location (in the longitudinal direction) where the solder connections are brought, varied. The elec tric effective length of the resistance layer between two opposite solder connections changed and hence the electrical resistance value. Already with the Combination of features described so far can be fixed resistances with a tolerance in the order of magnitude of 1 to 2%.

Hiermit werden folgende Vorteile erreicht: Das Substrat ist aus demselben oder einem ähnlichen Material wie die "Leiterplatte", auf die die Fest- Widerstände aufgelötet werden. Damit haben die Fest- Widerstände auch den gleichen thermischen Ausdehnungs koeffizienten wie die Leiterplatte, so dass beim Löten oder bei sonstiger thermischer Belastung keine Wärme spannungen auftreten;
die elektrischen Widerstandswerte können innerhalb sehr enger Toleranzen eingehalten werden. Der elektrische Widerstandswert des fertigen Festwiderstandes hängt von folgenden Faktoren ab: spezifischer Widerstand der Folie, welcher durch die Menge der zugemischten elektrisch leitenden Partikel und durch die Dicke der Folie bestimmt ist, sowie Länge (elektrisch wirksame Länge zwischen zwei Lötanschlüssen) und Breite des fertigen Festwiderstandes. All diese Parameter lassen sich mit geringem technischem Aufwand innerhalb enger Toleranzgrenzen einhalten. Insbesondere lässt sich der beim bekannten Siebdruck sehr kritische Parameter der Dicke der aufgedruckten Schicht, der hier der Dicke der Folie entspricht, durch Walzen bzw. Kalandrieren der Folie sehr präzise einhalten. Da bei vorgegebener Dicke und vorgegebenem spezifischen Widerstand der Folie der resultierende Widerstandswert des Festwiderstandes somit nur noch von Länge und Breite des Fest- Widerstandes abhängen, ist ersichtlich, dass deren Werte durch ein Stanzwerkzeug präzise eingehalten werden können. Bei der Erfindung wird vorzugsweise die Länge des Festwiderstandes konstant gehalten, so dass letztlich nur noch die Breite und der Abstand der Lötanschlüsse massgeblich für den elektrischen Widerstandswert sind. Ein weiterer beachtlicher Vorteil ist die einfache Her stellung einer grossen Anzahl von Festwiderständen im Mehrfachnutzen unter gleichzeitiger Beibehaltung der guten Toleranzwerte. Dies ist bei dem eingangs beschrie benen Siebdruckverfahren nicht möglich, da beim Sieb drucken im mittleren Bereich des Siebes mehr Material aufgetragen wird als an den Rändern, die sich aufgrund ihrer Fixierung an einem Rahmen weniger durchbiegen lassen als die mittleren Bereiche. Damit ist es beim Siebdruck auch nicht möglich, grössere Flächen mit einer einheitlichen Schichtdicke zu bedrucken.The following advantages are hereby achieved: The substrate is made of the same or a similar material as the “printed circuit board” to which the fixed resistors are soldered. Thus, the fixed resistors also have the same thermal expansion coefficient as the circuit board, so that no thermal stresses occur during soldering or other thermal stress;
the electrical resistance values can be maintained within very narrow tolerances. The electrical resistance value of the finished fixed resistor depends on the following factors: specific resistance of the film, which is determined by the amount of electrically conductive particles mixed and by the thickness of the film, and length (electrically effective length between two solder connections) and width of the finished fixed resistor . All of these parameters can be maintained within a narrow tolerance range with little technical effort. In particular, the very critical parameter of the known screen printing of the thickness of the printed layer, which here corresponds to the thickness of the film, can be very precisely maintained by rolling or calendering the film. Since the resulting resistance value of the fixed resistor thus only depends on the length and width of the fixed resistor for a given thickness and a specified specific resistance of the film, it can be seen that its values can be precisely maintained by a punching tool. In the invention, the length of the fixed resistor is preferably kept constant, so that ultimately only the width and the spacing of the solder connections are decisive for the electrical resistance value. Another considerable advantage is the simple manufacture of a large number of fixed resistors in multiple use, while maintaining the good tolerance values. This is not possible with the above-described screen printing process, because when screen printing, more material is applied to the central area of the screen than to the edges, which can be deflected less than the central areas due to their fixation on a frame. It is therefore not possible with screen printing to print larger areas with a uniform layer thickness.

Schliesslich entfällt auch beim Verfahren nach der Erfindung das Aushärten. Zwar muss auch das zum Auf laminieren der Folie verwendete Verbindungsmittel natürlich aushärten. Hier kann aber beispielsweise ein kalt aushärtender Kleber verwendet werden, der zudem auch kurze Aushärtzeiten hat. Auch kann die Folie unter Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht werden, beispielsweise mittels beheizter Druckwalzen, was mit dem Aushärten eines aufgedruckten Lackes in einem Ofen nicht vergleichbar ist. Im Ergebnis erhält man gegenüber den eingangs genannten Widerständen Kosteneinsparungen in der Grössenordnung von 50 bis 60%, da das Substratmaterial deutlich billiger ist als Keramik und da auch die auflaminierte Folie weitaus billiger ist als das Siebdrucken von Einzelwiderständen.Finally, the procedure according to Invention curing. That also has to open laminating the film used connection means harden naturally. Here, for example, a cold-curing adhesive can be used, which also also has short curing times. The film can also be placed under Application of pressure and heat to be applied for example by means of heated pressure rollers, what with curing a printed varnish in an oven is not comparable. In the result you get opposite the above-mentioned resistances cost savings in the order of 50 to 60% because the Substrate material is significantly cheaper than ceramics and since the laminated film is also much cheaper than screen printing of individual resistors.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh rungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:In the following the invention is based on Ausfü Example in connection with the drawing explained in more detail. It shows:

Fig. 1 Eine Schnittansicht des Zwischenproduktes (Substrat und auflaminierte Folie), das bei Anwendung der Erfindung erhalten wird; Fig. 1 is a sectional view of the intermediate product (substrate and laminated film), which is obtained using the invention;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Zwischenprodukt der Fig. 1 mit angedeuteten Stanzlinien; FIG. 2 shows a plan view of the intermediate product from FIG. 1 with indicated punching lines;

Fig. 3 und 4 je eine Seitenansicht eines nach der Erfin dung hergestellten Festwiderstandes und FIGS. 3 and 4 each show a side view of a fixed resistor produced dung and after OF INVENTION

Fig. 5 eine weitere Variante eines nach der Erfin dung hergestellten Festwiderstandes. Fig. 5 shows a further variant of a fixed resistor according to the inven tion.

In Fig. 1 ist eine Substratplatte aus Kunststoff und/ oder Naturfasern wie z. B. aus Hartpapier, glasfaser verstärktem Kunststoff oder ähnlichem dargestellt, auf deren eine Seite eine Folie 2 aus Widerstandsmaterial auflaminiert ist.In Fig. 1 is a substrate plate made of plastic and / or natural fibers such. B. made of hard paper, glass fiber reinforced plastic or the like, on one side of which a film 2 of resistance material is laminated.

In der Draufsicht der Fig. 2 sind mit gestrichelten Linien die "Stanzlinien" zu erkennen, längs denen die einzelnen Festwiderstände dann ausgestanzt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind m Zeilen und n Spalten vorhanden, so dass insgesamt m×n Festwiderstände von einer Platte hergestellt werden können. Dies kann mit einem einzigen Stanzvorgang durchgeführt werden.In the top view of FIG. 2, the “punched lines” can be seen with dashed lines, along which the individual fixed resistors are then punched out. In the exemplary embodiment shown, there are m rows and n columns, so that a total of m × n fixed resistors can be produced from one plate. This can be done with a single punching operation.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Seitenansicht zwei fertige Festwiderstände, deren Substrat mit 4 und deren auf laminierte Folie mit 5 bezeichnet ist. An den beiden Enden der Festwiderstände sind lötbare Anschlussbereiche 6 und 7 aufgebracht und zwar hier in Form eines aufgedruckten, elektrisch leitfähigen und lötbaren Silberlackes. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 über lappt dieser Silberlack nur die Enden und die Stirn seiten der Folie 5. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 überlappt er dagegen auch zusätzlich die Stirnseiten des Substrates 4. Auch ist es möglich, dass dieser Silberlack noch ein Teil der Unterseite des Substrates bedeckt. FIGS. 3 and 4 show a side view of two finished fixed resistors whose substrate 4 and is referred to in the laminated sheet 5. Solderable connection regions 6 and 7 are applied to the two ends of the fixed resistors, here in the form of a printed, electrically conductive and solderable silver lacquer. In the embodiment of FIG. 3 overlaps this silver lacquer only the ends and the front sides of the film 5th In the exemplary embodiment in FIG. 4, on the other hand, it also overlaps the end faces of the substrate 4 . It is also possible that this silver lacquer still covers part of the underside of the substrate.

In Fig. 5 ist ein in "Sandwichtechnik" hergestellter Festwiderstand nach der Erfindung dargestellt, bei dem die Folie 5 zwischen zwei Substratteilen 4 und 4′ einlaminiert ist. In diesem Falle ist nur an der Stirn seite der Silberlack aufgebracht, der in elektrischer Verbindung mit der Folie 5 steht.In Fig. 5 is a "sandwich technology" manufactured fixed resistor according to the invention is shown, in which the film 5 is laminated between two substrate parts 4 and 4 '. In this case, the silver paint is applied only to the front side, which is in electrical connection with the film 5 .

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 kann ein Feinabgleich des elektrischen Widerstandswertes durch Laserschnitte oder mechanische Schnitte erfolgen, die in die Folie hineingehen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist ein solcher Abgleich nach dem Auflaminieren der oberen Substratschicht 4′ natürlich nicht mehr möglich.In the embodiments of Figs. 3 and 4 may be carried out a fine adjustment of the electrical resistance value by laser cutting or mechanical cuts which enter into the film. In the embodiment of FIG. 5 , such a comparison is of course no longer possible after the lamination of the upper substrate layer 4 '.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 ist es noch möglich, auf die frei liegende Fläche der Folie 5 einen elektrisch isolierenden Schutzlack aufzubringen, um zum einen die Folie vor mechanischen Beschädigungen zu schützen und zum anderen eventuelle Kurzschlüsse auf der Leiterplatte zu verhindern, wenn der Widerstand nach den Fig. 3 oder 4 mit nach unten d. h. zur Leiterplatte hin weisender Folie aufgelötet wird. Das Auflöten der nach der Erfindung hergestellten Festwiderstände kann in herkömmlicher Weise erfolgen und auch im sog. "Ueberkopflöten" im Lötbad. In the embodiments of Figs. 3 and 4 it is still possible to protect the one hand the film from mechanical damage and to prevent other possible short circuits on the circuit board to the exposed surface of the film 5 to apply an electrically insulating protective lacquer, if the resistor according to FIGS. 3 or 4 is soldered with the film pointing downwards, ie towards the printed circuit board. The fixed resistors produced according to the invention can be soldered on in a conventional manner and also in so-called "overhead soldering" in the solder bath.

Statt der lötbaren Anschlussflächen aus aufgebrachtem Silberlack können auch Metallkappen aufgesetzt werden.Instead of the solderable connection surfaces made of applied Silver lacquer can also be put on metal caps.

Claims

1. A method for producing fixed electrical resistors, in which a layer of a material is applied to an electrically insulating substrate, which has a predetermined specific resistance value, characterized in that a on the substrate made of plastic and / or natural fibers thin layer, which contains electrically conductive particles, is laminated on in multiple uses,
that individual parts are separated from this intermediate product and
that these individual parts are completed by applying connections made of solderable material (e.g. printing on silver varnish) to individual fixed resistors.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the thin, laminated layer is a film is ver with electrically conductive particles sets is.

3. The method according to claim 1, characterized records that the thin, laminated layer a nonwoven fabric made of conductive fibers, e.g. Is carbon or metal fibers.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the detachment of the individual parts from the intermediate product by punching, cutting or other known separation processes.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that the width of the separated Single part with constant length of the same in Ab depending on the desired resistance value is laid.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized that to balance the resistance worth attaching the connections from solderable Metal on variable in the longitudinal direction of the resistor selectable locations.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized characterized that a fine adjustment of the contr level values of the fixed resistance through subsequent laser cuts or mechanical cuts in the laminated film is done.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized that the film between two substrate is laminated.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that different electrical Resistance values additionally through foils below different thickness can be generated.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, there characterized in that the substrate is made of hard paper, glass fiber reinforced plastic or similar Lich exists.

11. According to the method of one of claims 1 to 10 produced fixed electrical resistance with a substrate made of electrically insulating material and an applied layer of a material having a predetermined specific resistance value, characterized in that the layer is a laminated onto the substrate, electrically is conductive film ( 5 ), which is mixed with electrically conductive particles.

12. Fixed resistor according to claim 11, characterized in that the film ( 5 ) is laminated between two substrates made of plastic and / or natural fibers.